材料性能学总复习资料
第一章作业1
1.掌握以下物理概念：强度、屈服强度、抗拉强度、塑性、弹性、延伸率、断面收缩率、弹性模量、比例极限、弹性极限、弹性比功、包申格效应、弹性后效、弹性滞后环
强度：指的是构件抵抗破坏的能力。
屈服强度：材料屈服时对应的应力值也就是材料抵抗起始塑性变形或产生微量塑性变形的能力，这一应力值称为材料的屈服强度。
抗拉强度：材料最大均匀塑性变形的抗力。
塑性：是指在外力作用下，材料能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。弹性：材料受载后产生一定的变形，而卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质称为材料的弹性。
延伸率：材料拉伸后的截面面积变化量与原始截面面积的比值。
断面收缩率：材料拉断后，缩颈处横截面积的最大减缩量与原始截面面积的百分比。
弹性模量：弹性模数是产生100%弹性变形所需的应力。
比例极限：是保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力。
弹性极限：是材料由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力。
弹性比功：又称为弹性必能，是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力。
包申格效应：是指金属材料经预先加载产生少量塑性变形，而后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
弹性后效：又称滞弹性，是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。
弹性滞后环：在非理想弹性的情况下，由于应力和应变不同步，是加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线，这个封闭回线称为弹性滞后环。
2、衡量弹性的高低用什么指标，为什么提高材料的弹性极限能够改善弹性？ 衡量弹性的高低通常用弹性比功来衡量E a e e 22σ=
，所以提高弹性极限可以提高弹
性比功。
3、材料的弹性模数主要取决哪些因素？
凡是影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模数。主要有：键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度及加载方式和速度。
4、一直径2.5mm ，长度为200.0mm 的杆，在2000N 的载荷作用下，直径缩至2.2mm ，试求
(1)杆的最终长度；
(2)在该载荷作用下的真实应力和真实应变；
(3)在该载荷作用下的工程应力和工程应变。
解：（1）根据体积不变原理可得： 22212144l d l d ?=?ππ 解得：mm l 4.2582=
（2）22
291.44
5.214.34mm d A =?==π M P a A F S 3.4071091.420006
=?==- 26.0ln 1
2==L L e (3) )1ln(ln 1
2ε+==L L e 292.011
2=-=L L ε MPa S S 25.3151)1(=+=
?+=ε
σεσ
5、试区别刚度与弹性两个概念，一个弹簧由于刚度不足或弹性较差产生的失效现象有何不同？如何克服？
答：刚度表征的是材料对弹性变形的抗力，其值越大，则在相同应力下产生的弹性变形就越小。而弹性则是材料受载后产生一定的变形，而卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质。一个弹簧刚度不足说明其抵抗变形能力不足，那么很容易就失去弹性，弹性较差说明其伸长率不足，很容易断裂。提高弹簧刚度可以减少工作圈数，提高弹簧弹性可以将两个弹簧并联。
第一章作业2
1.与单晶体相比，多晶体变形有哪些特点？
金属材料常见的塑性变形有晶体的滑移和孪生两种。单晶体产生塑性变形只与其内部位错的滑移和孪生有关，而多晶体变形，由于各晶粒的位向不同和晶界的存在，使其塑性变形更为复杂，主要有如下特点：（1）各晶粒变形的不同时性和不均匀性
（2）各晶粒变形的相互协调性
2.金属材料的应变硬化有何实际意义？
材料在应力作用下进入塑性变形阶段后，随着变形量的增大，形变应力不断提高的现象称为应变硬化或形变强化。
其实际意义有：
（1）利用应变硬化和塑性变形的合理配合，可使金属进行均匀的塑性变形，获得合格的冷变形加工制品。
（2）降低塑性，改善机械加工性能
（3）可使机件具有一定的抗偶然过载能力，保证机件的安全
（4）强化金属的手段
3.一个典型拉伸试样的标距为50mm ，直径为13mm ，实验后将试样对接起来以重现断裂时的外形，试问：
(1)若对接后的标距为81mm ，伸长率是多少？
(2)若缩颈处最小直径为6.9mm 则断面收缩率是多少？
解：（1）%62%10050
5081%1000=?-=??=L L K δ (2)%8.71%10013
9.613%100)(222010=?-=?-=A A A ? 4.有一材料E=2×1011N/m2，γ=8N/m 。试计算在7×107N/m2的拉应力作用下，该材料中能扩展的裂纹之最小长度是多少？ 解：根据格里菲斯公式mm E a c s
c 327.0)
107(810227112=???==σγ 所以裂纹最小长度为mm c 654.02=σ
5.推导颈缩条件、颈缩时的工程应力
解： n KAe F =
对上式全微分，得：
0de e
n d d =+=F A A F F 根据真应变的定义))((dA A dL L LA ++=可得到：
A
A L L d d de -== 代入 0de e n d d =+=F A A F F 中可得缩颈条件 e n =
n n b Kn Ke S b
== b n b b b b A Kn A S A F )(0===σ
)(A A Kn b n b =σ 根据真应变的定义，)ln(0b b A A e =n b e A A -=?0
所以，产生缩颈的工程应力为n b e n
K )(=σ
第二章作业
1.简述硬度测试的类型、原理和优缺点？[至少回答三种]
硬度试验分为压入法和刻划法两大类。在压入法中，根据加载速率的不同分为动载压入法和静载压入法。动载压入法中有超声波硬度、肖氏硬度和锤击式布氏硬度。静载压入法中包括布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度。刻化法包括莫氏硬度顺序法和挫刀法。 下面简述布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的原理和优缺点：
（1）布氏硬度：用一定大小的载荷F(kgf),把直径为D （mm ）的淬火钢球或硬质合金球压入试样表面，保持规定时间后卸除载荷，测量试样表面的残留压痕直径d ，求压痕的表面积S 。将单位压痕面积承受的平均压力F/S 定义为布氏硬度（HB ）。
)
(222d D D D F S F HB --==π
优点：压痕面积较大，其硬度值能反映材料在较大区域内各组成相的平均性能；试验数据稳定，重复性高。
缺点：因压痕直径较大，一般不宜在成品上直接进行检验；对硬度不同的材料需要更换压头直径和载荷，同时压痕直径的测量也比较麻烦。
（2）洛氏硬度：测量压痕深度值的大小来表示硬度值。
002
.0h k HR -= 优点：操作简便迅速；压痕小，可对工件直接进行检验；采用不同的标尺，可测定各种软硬不同和薄厚不一样的硬度。
缺点：压痕较小，代表性差；材料中的偏析及组织不均匀等情况，使所测硬度值的重复性差、分散度大；用不同标尺测得的硬度值既不能直接进行比较，也不能彼此交换。
（3）维氏硬度：其原理与布氏硬度的基本相似，不同的是维氏硬度试验所用的压头是两相对面夹角为136度的金刚石四棱锥体。 优点：数据精确可靠；可任意选择载荷；所测试件厚度薄。
缺点：测定方法较麻烦，工作效率低，压痕面积小，代表性差，不适宜成批生产的常规检验。
2.说明布氏硬度与维氏硬度测出的硬度值相差不大的原因。
维氏硬度的实验原理与布氏硬度基本相似，也是根据压痕单位面积所承受的载荷来计算硬度值。维氏硬度HV=F/S ，布氏硬度HB=F/S 。所以两种实验方法测出来的硬度值相差不大。
3. 简述扭转实验、弯曲实验的特点？渗碳淬火钢、陶瓷玻璃试样研
究其力学性能常用的方法是什么？
扭转实验的特点：
（1）扭转的应力状态软性系数较拉伸的应力状态软性系数高，故可以用来测定那些在拉伸时呈现脆性的材料的强度和塑性。（2）扭转试验时试样截面的应力分布为表面最大，愈往心部愈小。（3）圆柱形试样在扭转试验时，试样不发生紧缩，塑性变形也是始终均匀，其截面及标距长度也是基本上保持原尺寸不变，故可以精确测定那些拉伸时出现紧缩的高塑性材料的形变能力和形变抗力。
（4）扭转试验时正应力与切应力大致相等。
弯曲试验的特点：
（1）弯曲加载时受拉的一侧应力状态集基本上与静拉伸时相同，且不存在如拉伸的所谓试样偏斜对实验结果的影响。
（2）弯曲试验时，截面的应力分布也是表面上应力最大。
（3）塑性材料的F-fmax曲线的最后部分可以任意延长，表明弯曲试验不能使这些材料断裂。
渗碳淬火钢常用弯曲试验来研究其力学性能。
陶瓷玻璃常用扭转试验来研究其力学性能。
4.有下述材料需要测量硬度，试说明选用何种硬度实验方法？为什么？a. 渗碳层的硬度分布，b. 淬火钢，c. 灰口铸铁，d. 硬质合金，e. 仪表小黄铜齿轮，f. 高速工具钢，g. 双相钢中的铁素体和马氏体，h. Ni基高温合金，i. Al合金中的析出强化相，j. 5吨重的大
型铸件，k. 野外矿物。
a、e、g、i使用维氏硬度。
因为维氏硬度主要用来测定各种组成相的硬度以及研究金属化学成分、组织状态与性能的关系。
d、f、h可使用洛氏硬度。
因为洛氏硬度可对工件直接进行检验，操作迅速，它不适宜用来测定极薄工件或经各种表面各处理后工件的表面层硬度，但适合测量金属的硬度。
b、c可使用布氏硬度。
因为布氏硬度压痕面积大，最适合测定灰铸铁、轴承合金等材料的硬度。
j使用肖氏硬度。
因为肖氏硬度为手提式，使用方便，便于携带，适于测量现场大型工件的硬度。
k使用莫氏硬度
莫氏硬度就是陶瓷及矿物材料常用的划痕硬度。
第三章作业
1.冲击载荷下金属变形和断裂的特点。
与静载荷下相同，弹性变形、塑性变形、断裂；
吸收的冲击能测不准；
材料的弹性行为及弹性模量对应变率无影响；
在静载下，塑性变形较均匀地分布于各个晶粒中，而在冲击载荷下，塑性变形主要集中在某些局部区域，这表明冲击载荷下的塑性变形是极不均匀的，导致屈服强度和抗拉强度提高，且屈服强度提高的较多，屈服强度提高得较少。
2.试说明低温脆性的物理本质及其影响因素。
低温脆性的物理本质：当试验温度低于某一温度t k时，材料由韧性状态变为结晶状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。
影响因素：晶体结构、化学成分、显微组织、温度、加载速率、试样形状和尺寸3.试从宏观上和微观上解释为什么有些材料有明显的韧脆转变温度，而另外一些材料则没有？
宏观上：强度随温度变化的关系曲线不同，bcc或者hcp结构的金属或合金的屈服强度对温度变化十分敏感，温度降低，屈服强度急剧升高，故两线交于一点，该交点对应的温度即为t k.而fcc结构的屈服强度随温度的下降变化不大，近似一水平线，即使在很低的温度下都未与抗拉强度线相交，所以这种材料的脆性断裂现象不明显。
微观上:位错运动阻力和bcc的迟屈服现象。
4.解释钢材在静载和冲击载荷作用下出现蓝脆温度范围不同的原因
蓝脆是形变时效加速进行的结果，当温度升至某一适当温度时，碳、氮原子扩散速率加快，易于在位错附近偏聚形成柯氏气团。若这一过程的形成速率高于塑性变形速率，则在塑性变形过程中产生时效，使材料强度提高，塑性下降；反之，
则材料的塑性提高。在冲击载荷作用下，形变速率较高，碳、氮由于需要在较高温度下才能获得足够的扩散激活能，以形成柯氏气团，故蓝脆温度升高。
第四章作业
1、名词解释
应力场强度因子:K I 反映了裂纹尖端区域应力场的强度，故称之为应力强度因子，其综合反映了外加应力和裂纹位置、长度对裂纹尖端应力场强度的影响。 断裂韧度：断裂韧度K C ，是在弹塑性条件下，当应力场强度因子增大到某一临界值，裂纹便失稳扩展而导致材断裂韧度料断裂，这个临界或失稳扩展的应力场强度因子即断裂韧度。
低应力脆断：机件在工作应力并不高，甚至远低于屈服极限的情况下，发生脆性断裂现象。
2、有一构件，实际使用应力为1.3GPa ，现有两种刚待选，甲钢，σys =1.95GPa ，KIC=45MPa*m1/2；乙钢，σys =1.56GPa ，KIC=75MPa* m1/2试计算两种钢材的断裂应力，并指何种钢材更安全可靠（设Y=1.5，最大裂纹尺寸为1mm ）。 解：由
IC K Y σ=
可得：c σ=
由已知条件可得：61 1.34c GPa σ===
62 2.240c GPa σ=== 因为12σσσ<<，所以用乙钢材更为安全可靠。
3、有一大型板件，材料的σ0.2=1200MPa ，KIc=115MPa*m1/2，探伤发现有20mm 长的横向穿透裂纹，若在平均轴向拉应力900MPa 下工作，试计算KI 及塑性区宽度R0，并判断该件是否安全？
解：因为0.29000.750.71200
σσ==>需要修正，运用修正后的无限大板穿透裂纹的公式可得：
1
2
167.20
I
K MPa m ===?
由于
I Ic
K K
>，所以该构件不安全。
22
11167.20
6.18
1200
I
S
K
R mm
πσπ
????
===
? ?
??
??
4、有一轴件平行轴向工作应力150MPa，使用中发现横向疲劳脆性正断，断口分析表明有25mm深度的表面半椭圆疲劳区，根据裂纹a/c可以确定φ=1，测试材料的σ0.2=720MPa ，试估算材料的断裂韧度KIC为多少？
解：由于
0.2
150
0.210.7
720
σ
σ
==<，所以不需要进行塑性区修正
1
2
1.1 1.1150
32.7
1
IC
K MPa m
φ
?
===
1、揭示下列疲劳性能指标的意义。
疲劳强度σ-1，σ-p，τ-1，σ-1N 疲劳缺口敏感度qf
过载损伤界疲劳门槛值ΔKth
（1）疲劳强度指的是在指定疲劳寿命下，材料能承受的上限循环应力σ-1指的是对称弯曲疲劳强度τ-1指的是对称扭转疲劳强度
σ-p指的是对称拉压疲劳强度σ-1N为缺口试样疲劳强度之比
（2）疲劳缺口敏感度指的是材料在变动应力作用下的缺口敏感性
（3）过载损伤界是把在每个过载应力下运行能引起损伤的最少循环周次连接起来的一条界线。
（4）疲劳门槛值是指疲劳裂纹不扩展的
I
K临界值
2、列举提高零件的疲劳寿命的方法。
（1）次载锻炼：即在低于疲劳强度的应力先运转一定周次
(2) 间歇效应：即在循环过程中，间歇空载一段时间或间隙时适当加温
（3）提高载荷的频率
（4）降低温度
（5）提高机件表面的塑变抗力，降低表面的有效拉应力，常见的方法有表面喷
丸和滚压、表面淬火及表面化学热处理
3、说明疲劳裂纹扩展曲线的三个区域的特点和影响因素。 Ⅰ区是疲劳裂纹的初始扩展阶段，da dN 值很小，从ΔK th 开始，随着I K 的增加，da dN
快速增高，但因该阶段I K 值变化范围很小，所以da dN
增加值有限，占裂纹扩展寿命的比例较小。
Ⅱ区是疲劳裂纹扩展阶段的主要阶段，占据扩展区的绝大部分，是决定寿命的主要组成部分。 Ⅲ区是疲劳裂纹扩展的最后阶段，该区的da dN
值很高，并随I K 增加急剧增大，很快导致材料失稳断裂，该区站裂纹扩展寿命的比例不长。
影响因素有：材料的成分、组织、载荷条件及环境因素等。
4、某压力容器受到升压降压交变应力△σ＝120MPa 作用，计算得知该容器允许的临界裂纹长度2a c ＝125mm ，检查发现该容器有一长度2a ＝42mm 的周向穿透裂纹，假设疲劳裂纹扩展符合Paris 公式，假设疲劳扩展系数C ＝2×10－10，n ＝3，试计算该容器的疲劳寿命和循环10万次后的疲劳裂纹长度是多少？ 解：由Paris 公式可得00()c N a n
a N dN c a σπ==??
0.06250.062533
0.0210.021121023014520210120da da
N a -===???? ?????
把510N =代入公式中可解得20.125a mm =
所以裂纹长度为0.25mm
第六章作业
1、掌握下列概念
磨损、粘着磨损、耐磨性、接触疲劳
磨损：在摩擦作用下物体相对运动时，表面逐渐分离出磨屑从而不断损伤的现象。 粘着磨损：又称咬合磨损，是因两种材料表面某些接触点局部压应力超过该处材
料屈服强度发生粘合并拽开而产生的一种表面损伤磨损。
耐磨性：指的是材料抵抗磨损的性能，耐磨性越好，说明其抵抗磨损的能力越强。接触疲劳：两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时，交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤，局部区域出现小片或小块状材料剥落，而使得材料磨损的现象。
2、粘着磨损是如何产生的？如何提高材料或零件的抗粘着磨损的能力？
机件表面由于加工的影响，实际材料表面接触仅发生在少数的微凸体顶尖上，产生很高的应力，以致因超过材料屈服强度而发生塑性变形。粘着磨损过程就是黏着点不断形成又不断破坏并脱落的过程。产生粘着磨损的条件：（1）摩擦副相对滑动速度小；（2）接触面氧化膜脆弱，润滑条件差；（3）接触应力大。
提高材料的粘着磨损能力的方法有：合理选择摩擦副材料、避免或阻止两摩擦副间直接接触、采用表面渗流硫、渗磷等表面处理工艺，是磨屑多沿接触面剥落。
3、简述常见的磨损类型和特点？如何提高材料的耐磨粒磨损抗力？
常见的磨损类型有：粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、接触疲劳
粘着磨损的特征：机件表面有大小不等的结疤
磨料磨损：摩擦面上有擦伤或因明显犁皱形成的沟槽
接触疲劳的特征：接触面出现许多痘状、贝壳状或不规则形状的凹坑
提高材料的耐磨粒磨损抗力的方法：
（1）合理选材：材料成分、组织、性能内因
（2）表面处理：提高表面硬度，对工件防尘、润滑油过滤
4、接触疲劳破坏有几种形式？如何产生的？如何提高零件的接触疲劳抗力？
接触疲劳破坏有麻点剥落、浅层剥落、深层剥落
麻点剥落：由滚动与滑动产生的最大切应力将由0.786b处向表层移动
浅层剥落：当机件仅滚动或相对滑动较小,即摩擦力较小时,最大综合切应力在
0.786b处,此处（0.5b～0.7b）塑性变形最大。在变形层内产生位错塞积和空位，逐步形成裂纹
深层剥落：当材料表面经表面处理硬化，裂纹常出现在硬化层的过渡区，深度大于0.786b。该处切应力虽不大，但能高于材料强度而产生裂纹。
提高零件的接触疲劳抗力：内部：消除非金属夹杂物、选择合理的成分以及热处理组织形态、合理的表层硬度、深度和匹配的心部硬度、两摩擦副硬度匹配、合理选择表面硬化工艺
外部：降低表面粗糙度、提高接触机件的接触精度、润滑
材料性能学综合练习
一、填空题
1. 材料在恒变形的条件下，随着时间的延长，弹性应力逐渐降
低的现象称为应力松弛，材料抵抗应力松弛的能力称
为松弛稳定性。
2. 按照两接触面运动方式的不同，可以将摩擦分为滑动摩
擦和静摩擦。
3. 材料的韧性温度储备通常用△符号表示，取值
在20~60℃温度范围，对于相同的材料而言，韧性温度储
备越大，材料的工作温度就越高（高、低），材
料就越安全（安全，不安全）。对于承受冲击载荷
作用的重要机件，韧性温度储备取上限（上限，下限）。
4. 材料的缺口越深、越尖锐，材料的缺口敏感性就越
大（大、小），材料的缺口敏感度就越
小（大、小），材料的对缺口就越敏感（敏
感、不敏感）。
5. 拉伸缺口三要素是指纤维区、放射
区、剪切唇三个区域，低碳钢的宏
观断口通常被称为杯锥状状断口。
6. 按照应力高低和断裂寿命对疲劳分类，则N>105，称为高周
疲劳，又称为低应力疲劳；N 为102～105，称为低周疲劳，又称为高应力疲劳。
7. 从对材料的形变及断裂的分析可知，在晶体结构稳定的情况下，
控制强度的主要参数有三个：弹性模量，裂纹
尺寸和表面能。
8. 在低碳钢的单向静拉伸试验中，整个拉伸过程中的变形可分
为弹性变形、屈服变
形、均匀塑性变形以及不均匀
集中塑性变形 4个阶段。
9. 疲劳断口最显著的宏观特征是____贝纹线________，微观特征是
___疲劳条带_____。
10. 粘着磨损的形貌特征是机件表面有大小不等的结
疤，磨粒磨损的形貌特征是摩擦面上有擦伤或
因明显犁皱形成的沟槽。
二、名词解释
1. 包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形，然后再
同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
2.解理断裂：在正应力作用下，由于原子间结合键的破坏引起的
沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂。
3.应力状态软性系数：最大切应力和最大正应力的比值称为应力
状态软性系数。
4.低温脆性：当试验温度低于某一温度t k时，材料由韧性状态变
为结晶状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。
5.蓝脆：碳钢和某些合金钢在冲击载荷或静载荷作用下，在一定
温度范围内出现脆性，因为在该温度范围内加热钢时，表面氧化色为蓝色，故称为蓝脆。
6.韧性温度储备：指的是材料使用温度与韧脆转变温度的差值，
差值越大，说明越安全。
7.驻留滑移带：在循环载荷的作用下，即使循环应力未超过材料
屈服强度，也会在试件表面形成集中于某些局部区域的永留或再现的循环滑移带称为驻留滑移带。
8. 过载持久值：材料在高于疲劳强度的一定应力下工作，发生疲
劳断裂的应力循环周次称为材料的过载持久值。
9.接触疲劳：指的是两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时，交
变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤，局部区域出现小片或小块状材料剥落，使得材料磨损的现象。
10. 等强温度(TE)：将晶界和晶内强度相等的温度称为等强温度。
三、简答题
1. 为什么绝大多数无机材料在受到外力时没有或只有很小的塑性形
变，呈脆性，但高温时易发生蠕变？
答：因为无机材料的组成主要是晶体材料，其晶体多为离子键或共价键，具有明显的方向性，同号离子相遇，斥力极大，只有个别滑移系能满足位错运动的几何条件和静电作用条件，所以一般没有或只有很小的塑性变形。在高温条件下，借助于外力和热激活的作用，形变的一些障碍得以克服，材料内部质点发生了不可逆的微观位移，于是有了蠕变。
2. 简述格里菲斯微裂纹理论及其裂纹扩展的条件。
答：格里菲斯微裂纹理论：实际材料中已经存在裂纹，当平均应力还很低的时候，裂纹尖端的应力集中已达到很高值，从而使裂纹快速扩展并导致脆性断裂。
裂纹扩展的条件：物体内储存的弹性应变能的降低大于或等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。
3. 试述低应力脆断的原因及防止方法。
答：低应力脆断是由于宏观裂纹产生的存在引起的，裂纹的存在破坏了材料和构件的连续性和均匀性，使得传统的设计方法无法定量计算裂纹体的应力和应变，它在很大程度上取决于裂纹萌生抗力和扩展抗力。
防止方法：提高材料的断裂韧度，主要可以从以下几个方面来提高：
（1）对于金属材料来说，细化晶粒；对于陶瓷材料，提高材料强度的组元，都将提高断裂韧度
（2）特殊改性处理，比如亚温淬火、超高温淬火、形变热处理等
（3）提高温度和降低应变速率
4. 提高零件的疲劳寿命主要有哪些方法？
答：（1）次载锻炼：即在低于疲劳强度的应力先运转一定周次
(2) 间歇效应：即在循环过程中，间歇空载一段时间或间隙时适当加温
（3）提高载荷的频率
（4）降低温度
（5）提高机件表面的塑变抗力，降低表面的有效拉应力，常见的方法有
表面喷丸和滚压、表面淬火及表面化学热处理
5. 金属材料在高温下的变形与断裂机制和常温比较有什么不同？答：金属材料随着温度的升高，强度极限逐渐降低，断裂方式由穿晶断裂逐渐向沿晶断裂过渡，常温下可以用来强化钢铁材料的手段，随着温度的升高强化效果逐渐消失；在常温下，时间对材料的力学性能基本没有什么影响，
而在高温下，力学性能就表现出了时间效应，比如金属材料的强度极限随承载时间的延长而降低。
四、计算题
1.有一材料，模量E ＝200GPa, 单位面积的表面能γS ＝8 J/m 2, 试计算在70MPa 的拉应力作用下，该裂纹的临界裂纹长度？若该材料裂纹尖端的变形塑性功γP ＝400 J/m 2，该裂纹的临界裂纹长度又为多少？（利用格里菲斯公式和奥罗万修正公式计算） 解：92
622001080.33(7010)S c c E a mm γσ??===? 所以该裂纹的临界裂纹长度为20.66c a mm = 由12
2()p e E a γγσπ+??=????，可得926220010408 5.303.14(7010)c EG a mm πσ??===?? 所以该临界裂纹长度为210.6c a mm = 2.某一压力容器的层板上有一长度为2a =42mm 的横向穿透裂纹（Y=π1/2 ），容器每次升压和降压交变应力幅 =100MPa ，通过计算知道该容器允许的临界裂纹长度2a c =225mm 。设该容器钢材的疲劳裂纹扩展速率符合Paris 公式，且参数c=2×10-10 ，n=3，试估算该容器的疲劳寿命。 解：根据Paris 公式可得：
0.112500.021c c N a c a N dN ===???
331120.11250.11252
2230.0210.021*******(0.11250.021)7054
1.1110a d a a d a -----===-?-=???次 所以该容器的疲劳寿命为7054次
热学部分
1、请采用杜隆—珀替定律和柯普定律估算莫来石瓷和钠长石的摩尔热容值。
2、试解释为什么玻璃的热导率常常低于晶态固体几个数量级。
一、莫来石瓷的化学式为3Al2O3·2SiO2，所以其CV,m=8×25+13×16.7=417.1J/(k ·mol)
钠长石的化学式为Na2O ·Al2O3·6SiO2 ，所以其CV,m=10×25+16×16.7=517.2J/(k ·mol)
二、玻璃是非晶态物质，也就是短程有序的结构，可以近似地把玻璃看成是晶粒很小的晶体，所以其声子的平均自由程就近似为一个常数，也就是等于n 个晶格常数，这个数值是晶体中声子平均自由程的下限，于是其热导率就低，在低温时，玻璃的热导率常常低于其晶态固体几个数量级。
材料性能学磁学部分作业
1、从本质上说，所有物质都具有抗磁性，你认为这句话对不对？
2、试说明材料产生铁磁性的条件。
3、铁磁性材料中为什么会形成磁畴？
4、试说明软磁材料、硬磁材料的主要性能标志。
答：1.我认为这句话是对的，因为材料抗磁性来源于电子循轨运动时受外加磁场作用所产生的抗磁矩。而物质又是由原子构成的，原子中有核外电子，自然就有电子的循轨运动，于是在受到外加磁场作用都会有抗磁性。
2.材料产生铁磁性需要有两个条件：一是原子未被抵消的自旋磁矩，二是自旋磁矩自发地同相排列产生自发磁化。
《材料性能学》习题 一、名词术语阐释 在理解的基础上用自己的语言阐释各章讲授涉及到的名词术语。 二、名词术语分类 对下列名词术语进行分类，并说明分类的依据（可用数字表示该名词术语）： 1.屈服强度； 2.热膨胀； 3.载流子； 4.介电常数； 5.循环硬化； 6.矫顽力； 7.磁致伸缩；关系；9.热导率； 10.河流花样； 11.断面收缩率； 12.磁化曲线； 13.击穿； 14.光子； 15.塑性变形；16.断裂韧度； 17.蠕变； 18.磁导率； 19.持久强度； 20.吕德斯带；21.偶极子；关系式； 23.贝纹线； 24.加工硬化； 25.弹性极限；26.热传导； 27.原子固有磁矩； 28.电偶极矩；
39.循环软化； 30. 疲劳极限； 31.解理刻面；公式； 33.热膨胀系数； 34.解理台阶； 35.伸长率； 36.磁滞回线； 37.极化； 38.过载持久值； 39.玻尔磁子； 40.马基申定则； 41.驻留滑移带； 42.谐振子； 43.应力-应变曲线； 44.韧窝； 45.滞弹性； 46.格留乃森定律； 47.铁磁性； 48.声子； 49.磁矩； 50. 弹性变形； 51. 压电常数； 52. 最大磁能积 53.脆性疲劳条带； 54.磁致伸缩。 三、填空 请填写下列空白： 1.在材料力学性能中，涉及裂纹体的性能指标包括__________裂纹尖端应力强度因子______和__________断裂韧度___。 2.凡是影响___载流子浓度_____________和_____载流子迁移率___________的因素，都将影响材料的导电性能。 3.疲劳极限可以分为 ____________________对称应力循环下的疲劳极限___和
测试试卷 1.关于固体材料的热容，爱因斯坦模型认为：晶体中每一个原子都是一个独立的振子，原子之间彼此无关，原子以( )的频率振动；德拜模型考虑到晶体中原子的相互作用，认为晶体中对热容的主要贡献是( )，把晶体近似视为连续介质，声频支的振动也近似看作是( )。低温脆性常发生在具有()结构的金属及合金中，而在( )结构的金属及合金中很少发现。 [参考答案]体心立方或密排六方面心立方 2.Griffith微裂纹理论从能量的角度来研究裂纹扩展的条件,这个条件是()。 [参考答案]物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能 3.滑移是在__________作用下，在一定滑移系统上进行的。 [参考答案]切应力 4.裂纹扩展的基本方式有三种，分别为（）、（）和（），其中以（)裂纹扩展最危险，最容易引起脆性断裂。[参考答案]张开型滑开型撕开型张开型 5.描述材料的蠕变性能的力学性能指标有：（）、（）、（）等。 [参考答案]蠕变极限持久强度松弛稳定性 6.屈服是材料由（）向（）过渡的明显标志。 答案：弹性变形弹-塑性变形材料 7.磁性的本源是材料内部电子的__________和__________。晶体中热阻的主要来源是__________间碰撞引起的散射。 8.对介质损耗的主要影响因素是__________和__________。 9.在垂直入射的情况下，光在界面上的反射的多少取决于两种介质的__________。 10.电场周期破坏的来源是：__________、__________ 、__________ 、__________ 等。 11.由于恒压加热物体除温度升高外，还要对外界做功，所以等压热容__________等容热容。 12.BaTiO3电介质在居里点以下存在__________、__________、__________和__________四种极化机制。 13..断口特征三要素是指、和。金属材料中的塑性变形有两种基本方式____和____。 14.解理断裂断口的基本微观特征是__________、__________、__________。 15.一25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受4500N的轴向拉力。如直径拉伸成2.4mm，问：设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，拉伸后的长度为_________；在此拉力下的真应力为_________、真应变为_________；在此拉力下的名义应力为_________、名义应变为_________。 15.介质的极化有两种基本形式____________和_____________。超导体的两个基本特性是__________和__________。 16.当一根金属导线两端温度不同时，若通以电流，则在导线中除产生焦耳热外，还要产生额外的吸放热现象，这种热电现象称为__________效应。 17.无机材料的热冲击损坏有两种类型：__________和__________。 18.决定乳浊度的主要因素是__________、__________和。 热量是依晶格振动的格波来传递的，格波分为_______和_______两类。 从对材料的形变及断裂的分析可知，在晶体结构稳定的情况下，控制强度的主要参数有三个：_________，_________和_________。 金属材料电导的载流子是_________，而无机非金属材料电导的载流子可以是_________、_________或_________、_________。 在低碳钢的单向静拉伸试验中，整个拉伸过程中的变形可分为______、______、______以及______四个阶段。 电介质的击穿形式有_______，________和________三种形式。 二名词解释试题1满分值：3.0分状态：未答实际得分：分试题:铁磁体:主要特点:在较弱的磁场内,铁磁体也
一、名词解释 低温脆性：材料随着温度下降，脆性增加，当其低于某一温度时，材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象为低温脆性。 疲劳条带：每个应力周期内疲劳裂纹扩展过程中在疲劳断口上留下相互平行的沟槽状花样。 韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 缺口强化：缺口的存在使得其呈现屈服应力比单向拉伸时高的现象。 50%FATT：冲击试验中采用结晶区面积占整个断口面积 50%时所应的温度表征的韧脆转变温度。 破损安全：构件内部即使存在裂纹也不导致断裂的情况。 应力疲劳：疲劳寿命N>105 的高周疲劳称为低应力疲劳，又称应力疲劳。 韧脆转化温度：在一定的加载方式下，当温度冷却到某一温度或温度范围时，出现韧性断裂向脆性断裂的转变，该温度称为韧脆转化温度。 应力状态软性系数：在各种加载条件下最大切应力与最大当量正应力的比值，通常用α表示。 疲劳强度：通常指规定的应力循环周次下试件不发生疲劳破坏所承受的上限应力值。 内耗：材料在弹性范围内加载时由于一部分变形功被材料吸收，则这部份能量称为内耗。 滞弹性: 在快速加载、卸载后，随着时间的延长产生附加弹性应变的现象。 缺口敏感度：常用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸的光滑试样的抗拉强度的比值表征材料缺口敏感性的指标，往往又称为缺口强度比。 断裂功：裂纹产生、扩展所消耗的能量。 比强度：:按单位质量计算的材料的强度，其值等于材料强度与其密度之比，是衡量材料轻质高强性能的重要指标。. 缺口效应：构件由于存在缺口（广义缺口）引起外形突变处应力急剧上升，应力分布和塑性变形行为出现变化的现象。 解理断裂：材料在拉应力的作用下原于间结合破坏，沿一定的结晶学平面(即所谓“解理面”)劈开的断裂过程。 应力集中系数：构件中最大应力与名义应力（或者平均应力）的比值，写为KT。 高周疲劳：在较低的应力水平下经过很高的循环次数后（通常N>105）试件发生的疲劳现象。 弹性比功：又称弹性应变能密度，指金属吸收变形功不发生永久变形的能力，是开始塑性变形前单位体积金属所能吸收的最大弹性变形功。 二、填空题
《材料性能学》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程编码： 课程类别：必修课 适用专业：材料化学 总学时：48 学分：3 课程简介：本课程是材料化学专业主干课程之一，属专业基础课。本课程主要内容为材料物理性能，以材料通用性物理性能及共同性的内容为主。通过本课程的教学，使学生获得关于材料物理性能包括材料力学性能（受力形变、断裂与强度）、热学、光学、导电、磁学等性能及其发展和应用，重点掌握各种重要性能的原理及微观机制，性能的测定方法以及控制和改善性能的措施，各种材料结构与性能的关系，各性能之间的相互制约与变化规律。 授课教材：《材料物理性能》，吴其胜、蔡安兰、杨亚群，华东理工大学出版社，2006，10。 2、参考书目: 1.《材料性能学》，北京工业大学出版社，王从曾，2007. 1 2.《材料的物理性能》，哈尔滨工业大学出版社，邱成军等，2009.1 二、课程教育目标 通过学习材料的各种物理性能，使学生掌握以下内容：各种材料性能的各类本征参数的物理意义和单位以及这些参数在解决实际问题中所处的地位；弄清各材料性能和材料的组成、结构和构造之间的关系；掌握这些性能参数的物质规律，从而为判断材料优劣、正确选择和使用材料、改变材料性能、探索新材料、新性能、新工艺打下理论基础；为全面掌握材料的结构，对材料的原料和工艺也应有所认识，以取得分析性能的正确依据。 三、教学内容与要求 第一章：材料的力学性能 重点与难点： 重点：应力、应变、弹性变形行为、Griffith微裂纹理论，应力场强度因子和平面应变断裂韧性，提高无机材料强度改进材料韧性的途径。 难点：位错运动理论、应力场强度因子和平面应变断裂韧性。
《材料力学性能》课程教学大纲 课程名称：材料力学性能（Mechanical Properties of Materials） 课程编号：012009 总学时数：48学时（其中含实验 8 学时） 学分：3学分 课程类别：专业方向指定必修课 先修课程：大学物理、工程化学、工程力学、材料科学基础 教材：《工程材料力学性能》（机械工业出版社、束德林主编，2005年）参考书目：[1] 王从曾编著，《材料性能学》，北京工业大学出版社，2001年 [2] Thomas H.Courtney（美）著，材料力学行为（英文版），机械工业 出版社，2004年 《课程内容简介》： 本课程主要讲授材料的力学性能与测试方法，主要内容有金属在静载荷（单向拉伸、压缩、扭转、弯曲）和冲击载荷下的力学性能、金属的断裂韧度、金属的疲劳、金属的应力腐蚀和氢脆断裂、金属的磨损和接触疲劳、金属的高温力学性能。 一、课程性质、目的和要求 本课程是材料成型及控制工程专业本科生金属材料工程方向指定必修课。本课程的主要任务是讨论工程材料的静载力学性能、冲击韧性及低温脆性、断裂韧性、疲劳性能、磨损性能以及高温力学性能的基本理论与性能测试方法，使学生掌握材料力学性能的基本概念、基本原理和测试材料力学性能的基本方法，探讨改善材料力学性能的基本途径，提高分析材料力学性能的思维能力与测试材料力学性能的能力，为研究开发和应用工程材料打下基础。 二、教学内容、要点和课时安排 《材料力学性能》授课课时分配表
本课程的教学内容共分八章。 第一章：金属在单项静拉伸载荷下的力学性能 6学时 主要内容：载荷—伸长曲线和应力—应变曲线；塑性变形及性能指标；断裂 重点、难点：塑性变形机理，应变硬化机理，裂纹形核的位错模型，断裂强度的裂纹理论，断口形貌。 第二章：金属在其它静载荷下的力学性能 6学时 主要内容是：缺口试样的静拉伸及静弯曲性能；材料缺口敏感度及其影响因素；扭转、弯曲与压缩的力学性能；硬度试验方法。 重点、难点：缺口处的应力分布特点及缺口效应 第三章：金属在冲击载荷下的力学性能 4学时 主要内容：冲击弯曲试验与冲击韧性；低温脆性；韧脆转化温度及其评价方法；影响材料低温脆性的因素。 重点、难点：韧脆转化 第四章：金属的断裂韧度 7学时 主要内容：裂纹扩展的基本方式；应力场强度因子；断裂韧性和断裂k判据；断裂韧度在工程上的应用；J积分的概念；影响材料断裂韧度的因素。 重点、难点：断裂韧性。 第五章：金属的疲劳 5学时 主要内容：疲劳破坏的一般规律；疲劳破坏的机理；疲劳抗力指标；影响材料及机件疲劳强度的因素。 重点、难点：疲劳破坏的机理。 第六章：金属的应力腐蚀和氢脆断裂 5学时 主要内容：应力腐蚀；氢脆 重点、难点：应力腐蚀和氢脆的机理 第七章：金属磨损和接触疲劳 6学时 主要内容：粘着磨损；磨粒磨损；接触疲劳；材料的耐磨性；减轻粘者磨损的主要措施；减轻磨粒磨损的主要措施；提高接触疲劳的措施。 重点、难点：磨损机理 第八章：金属高温力学性能 5学时
绪论 二、单项选择题 1、下列不是材料力学性能的是（） A、强度 B、硬度 C、韧性 D、压力加工性能 2、属于材料物理性能的是（） A、强度 B、硬度 C、热膨胀性 D、耐腐蚀性 三、填空题 1、材料的性能可分为两大类：一类叫_ _，反映材料在使用过程中表现 出来的特性，另一类叫_ _，反映材料在加工过程中表现出来的特性。 2、材料在外加载荷（外力）作用下或载荷与环境因素（温度、介质和加载速率） 联合作用下所表现的行为，叫做材料_ 。 四、简答题 1、材料的性能包括哪些方面？ 2、什么叫材料的力学性能？常用的金属力学性能有哪些？ 第一章材料单向静拉伸的力学性能 一、名词解释 弹性极限：是材料由弹性变形过渡到弹—塑性变形时的应力（或达到最大弹性变形所需要的应力）。 强度:是材料对塑性变形和断裂的抗力。 屈服强度：材料发生屈服或发生微量塑性变形时的应力。 抗拉强度：拉伸实验时，试样拉断过程中最大实验力所对应的应力。 塑性变形：是材料在外力作用下发生的不可逆永久变形但不破坏的能力。 韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 二、单项选择题 1、根据拉伸实验过程中拉伸实验力和伸长量关系，画出的力——伸长曲线（拉 伸图）可以确定出金属的（） A、强度和硬度 B、强度和塑性 C、强度和韧性 D、塑性和韧性 2、试样拉断前所承受的最大标称拉应力为（） A、抗压强度 B、屈服强度 C、疲劳强度 D、抗拉强度 3、拉伸实验中，试样所受的力为（） A、冲击 B、多次冲击 C、交变载荷 D、静态力 4、常用的塑性判断依据是（） A、断后伸长率和断面收缩率 B、塑性和韧性 C、断面收缩率和塑性 D、断后伸长率和塑性 5、工程上所用的材料，一般要求其屈强比（C ） A、越大越好 B、越小越好 C、大些，但不可过大 D、小些，但不可过小 6、工程上一般规定，塑性材料的δ为（） A、≥1% B、≥5% C、≥10% D、≥15%
太原理工大学研究生复试笔试对应科目名称
报考学院 报考业 代码报考专业名称 笔试 科目 编号 笔试科目名称备注 机械工程学院050404设计艺术学017设计艺术学试题学术型机械工程学院080200机械工程001机械工程学科试题学术型机械工程学院080703动力机械及工程001机械工程学科试题学术型机械工程学院430102机械工程001机械工程学科试题 专业学 位 机械工程学院430107动力工程001机械工程学科试题 专业学 位 机械工程学院430135车辆工程001机械工程学科试题 专业学 位 材料科学与工程学院、表面 工程研究所080500材料科学与工程002 材料科学与工程学科 试题 学术型 材料科学与工程学院、表面 工程研究所080602钢铁冶金002 材料科学与工程学科 试题 学术型 材料科学与工程学院、表面 工程研究所080603有色金属冶金002 材料科学与工程学科 试题 学术型 材料科学与工程学院、表面 工程研究所430105材料工程002 材料科学与工程学科 试题 专业学 位 电气与动力工程学院080702热能工程020热能工程试题学术型电气与动力工程学院080800电气工程003电气工程学科试题学术型电气与动力工程学院430108电气工程003电气工程学科试题 专业学 位 信息工程学院080902电路与系统004通讯与信息工程试题学术型
信息工程学院081000通信与信息工程004通讯与信息工程试题学术型信息工程学院081100控制科学与工程005控制科学与工程试题学术型信息工程学院430109电子与通讯工程004通讯与信息工程试题 专业学 位 信息工程学院430110集成电路工程004通讯与信息工程试题 专业学 位 信息工程学院430111控制工程005控制科学与工程试题 专业学 位 计算机与软件学院081200计算机科学与技术006 计算机科学与技术学 科试题 学术型计算机与软件学院087100管理科学与工程015管理学学科试题学术型 计算机与软件学院430112计算机技术006 计算机科学与技术学 科试题专业学位 计算机与软件学院430113软件工程006 计算机科学与技术学 科试题专业学位 建筑与土木工程学院081301建筑历史与理论007建筑学学科试题学术型建筑与土木工程学院081304建筑技术科学007建筑学学科试题学术型建筑与土木工程学院081400土木工程008 土木工程（一）学科试 题 学术型 建筑与土木工程学院430114建筑与土木工程008 土木工程（一）学科试 题专业学位 水利科学与工程学院081500水利工程009水利工程学科试题学术型水利科学与工程学院082802农业水土工程009水利工程学科试题学术型水利科学与工程学院430115水利工程009水利工程学科试题 专业学 位
有相关人士称本门课通过率20%，我就不信背完这些还会挂？请进行有选择有判断的阅读——★★为重点内容注：斜体为不确定答案 一.判断 1.一切物质都是磁质，都具有磁现象，只是对磁场的响应程度不同。（√） 2.材料热膨胀系数与其结构致密度有关，结构致密的固体材料具有较大的热膨胀系数。 （√） 3.热传导过程是基于声子和电子发生的。（×） 4.材料的折射率越大，其对光的反射系数越大。（√） 5.双电桥法测定材料的电阻的精度高的原因是这种方法可以用于消除接触电阻。（×） 6.光导纤维远距离传输信号的应用是基于全反射原理。（√） 7.材料低于居里温度时，自发极化为零。（×） 8.脆性断裂就是解理断裂。（×） 9.简谐振动模型适用于材料的热膨胀过程。（×） 10.材料离子的极化率越大，折射率也越大。（√） 11.材料高于居里温度时，自发极化为零。（√） 12.激光晶体是线性光学材料。（×） 13.断口有韧窝存在，那么一定是韧性断裂。（×） 14.通常磨损过程分为稳定磨损和剧烈磨损两个阶段。（×） 15.两接触物体受压力并作纯滚动时，接触应力的最大切应力产生于物体表面。（√） 16.固体材料的真线膨胀系数是一个常数。（×） 17.激光晶体可以用于改变任何强度光的频率。（×） 18.光的波长与材料散射质点的大小越接近，材料对光的散射越小。（×） 19.帕尔帖效应原理可以用于设计热电偶温度计。（×） 20.安培伏特计法测定电阻时，毫伏计的阻值与被测电阻的阻值差别越小，测定结果越准确。 （×） 21.裂纹扩展的基本形式可分为张开型、滑开型、撕开型，其中以撕开型最危险。（×） 22.通常磨损过程分为磨合、稳定磨损和剧烈磨损三个阶段。（√） 23.材料热膨胀系数与其键合状况有关，键强大的材料有较大的热膨胀系数。（×） 24.激光晶体可以用于产生新的激光频率。（√） 25.材料不均匀结构的折射率差异越大，对光的散射越弱。（×） 26.四探针法测定材料的电阻可以用于消除接触电阻。（√） 27.磁化强度是抵消被磁化铁磁物质剩磁所需的反向外磁场强度。（×） 28.应力状态软性系数越大，材料越容易产生塑性变形。（√） 29.材料的刚度是表征材料弹性变形的抗力。（√） 30.材料弹性是表征材料弹性变形的抗力。（×）
绪论单元测试 1 【单选题】(10分) 钢丝在室温下反复弯折，会越弯越硬，直到断裂，而铅丝在室温下反复弯折，则始终处于软态，其原因是（） A. Fe发生加工硬化，发生再结晶，Pb发生加工硬化，不发生再结晶 B. Pb发生加工硬化，发生再结晶，Fe发生加工硬化，不发生再结晶 C. Fe不发生加工硬化，不发生再结晶，Pb发生加工硬化，不发生再结晶 D. Pb不发生加工硬化，不发生再结晶，Fe发生加工硬化，不发生再结晶 2 【单选题】(10分) 冷变形的金属，随着变形量的增加（） A. 强度降低，塑性降低 B. 强度增加，韧性降低 C. 强度增加，塑性增加 D. 强度降低，塑性增加
3 【单选题】(10分) 金属的塑性变形主要是通过下列哪种方式进行的（） A. 位错类型的改变 B. 晶粒的相对滑动 C. 位错的滑移 D. 晶格的扭折 4 【单选题】(10分) 在不考虑其他条件的影响下，面心立方晶体的滑移系个数为（） A. 12 B. 8 C.
6 D. 16 5 【单选题】(10分) 下列对再结晶的描述的是（） A. 再结晶后的晶粒大小主要决定于变形程度 B. 原始晶粒越细，再结晶温度越高 C. 发生再结晶需要一个最小变形量，称为临界变形度。低于此变形度，不能再结晶 D. 变形度越小，开始再结晶的温度就越高 6 【单选题】(10分) 冷加工金属经再结晶退火后,下列说法的是（） A. 其机械性能会发生改变
B. 其晶粒大小会发生改变 C. 其晶粒形状会改变 D. 其晶格类型会发生改变 7 【单选题】(10分) 加工硬化使金属的（） A. 强度减小、塑性增大 B. 强度增大、塑性增大 C. 强度减小、塑性降低 D. 强度增大、塑性降低 8
《材料性能学》期末复习总结·· 名词解释 抗拉强度：抗拉强度是拉伸试验时，试样拉断过程中最大试验力所对应的应力。标志着材料在承受拉伸载荷时的实际承载能力。 疲劳强度：在指定疲劳寿命下，材料能承受的上限循环应力。（疲劳寿命可分为有限周次和无限周次两种。） 屈服强度: 材料的屈服标志着材料在应力作用下由弹性变形转变为弹－塑性变形状态，因此材料屈服时所对应的应力值也就是材料抵抗起始塑性变形或产生微量塑性变形的能力。这一应力值称为材料的屈服强度或屈服点。 冲击韧性（Ak意义）：表示单位面积吸收冲击功的平均值，由于缺口处应力分布不均匀，因此Ak无明确的意义；Ak可表示材料的脆性倾向，但不能真正反映材料的韧脆程度。 接触疲劳：接触疲劳是两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时，交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤，局部区域出现小片或小块材料剥落，而使材料磨损的现象。 蠕变：材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢的产生塑性变形的现象。 磨损：在摩擦作用下物体相对运动时,表面逐渐分离出磨屑,使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失现象 屈服现象：在变形过程中，外力不增加，试样仍然持续伸长，或外力增加到一定数值时，忽然下降，随后在外力不增加或上下波动的情况下试样可以继续伸长变形，这种现象称为屈服。 断裂韧度：KC>KIC；KIC是材料本身的力学性能指标，只与材料成分、组织结构有关。
载流子：具有电荷的自由粒子，在电场作用下可产生电流。 霍尔效应:置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势差，这种现象称霍尔效应。 电解效应：离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新物质，这就是电解现象。 固体电解质：同电解质溶液一样，有离子导体电流出现即为固体电解质。 压敏效应：压敏效应指对电压变化敏感的非线性电阻效应，即在某一临界电压以下，电阻值非常高，几乎无电流通过，超过该临界电压，电阻迅速降低，让电流通过。 PTC效应：采用阳离子半径同Ba2+、Ti4+相近，原子价不同的元素去置换固溶Ba2+、Ti4+位置，在氧化气氛中烧结，形成n型半导体其最大特征是存在着正方向与立方向相变的相变点，在其附近，电阻率随温度上升而发生突变，增大3-4个数目级。 电介质：在电场作用下，能建立极化的物质。 极化强度：电介质单位体积内的电偶极距总和，与面积电荷密度单位一样C/m2。铁电体：在一定温度范围内存在自发极化，且自发极化方向可随外电场作可逆转动的晶体。铁电晶体一定是极性晶体，但并非所有极性晶体都是铁电体，只有某些特殊晶体结构的极性晶体在自发极化改变方向时，晶体结构不发生打的畸变，具有自发极化随外电场转动的性质。 压电效应：某些晶体材料在一定方向上可按所施加的机械应力成比例地在受力两端表面上产生数量相等、符号相反的束缚电荷，反之在一定方向的电场作用下，会产生与电场强度成正比的几何应变。 热容：将m克质量的物质温度升高或降低一度，在没有相变或化学变化的条件下，所需要的热量称为该物质的热容，又称热容量。 比热：将1克物质温度升高1度所需要的热量称为该物质的比热容。 热膨胀：材料在加热或冷却时，物质尺寸或体积要发生变化，这种由于温度改变导致体积尺寸才发生变化的现象称为热膨胀。 膨胀系数：当温度变化1K时物质尺寸或体积的变化率。
1、低碳钢在拉伸过程中的变形阶段？ 答：变形阶段：弹性变形→屈服变形→均匀塑性变形→不均匀集中塑性变形 2、高分子材料塑性变形的机理是什么？ 答：高分子材料的塑性变形机理因其状态的不同而异，结晶态高分子材料的塑性变形由薄晶转变为沿应力方向排列的微纤维束的过程；非晶态高分子材料的塑性变形有两种方式，即在正应力作用下形成银纹或在切应力作用下无取向分子链局部转变为排列的纤维束3、高分子材料屈服与金属材料屈服有何不同？ 答：高分子材料的屈服与金属屈服的不同：①高分子材料与金属材料有着不同的屈服现象；②高分子材料的应力-应变曲线不仅依赖于时间和温度，海依赖于其他因素；③高分子的屈服点很难给以确切的定义，通常把拉伸曲线上出现的最大应力点定义为屈服点，其对应的应变约为5%-10%，如无极大值的出现，则其应变2%处的应力为屈服点。 4、试述韧性断裂与脆性断裂的区别，为什么说脆性断裂最危险？ 答：韧性断裂是材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观的断裂过程，韧性断裂时一般裂纹扩展过程较慢，且其断口能用肉眼或放大镜观察。脆性断裂是材料断裂前基本不产生明显的宏观塑性变形，没有明显预兆，往往表现为突然发生的快速断裂过程。因而脆性断裂具有很大的危险性。 5、缺口试样的三个效应 答：①缺口能造成应力应变集中；②缺口改变了缺口前方的应力状态，使平板中材料所受的应力由原来的单向拉伸变为两向或三向拉伸；③在有缺口的条件下，由于出现了三向应力，试样的屈服应力比单向拉伸时要高，即产生了缺口强化现象，使材料的塑性得到强化。 6、如何理解塑性材料“缺口强化”现象？ 答：缺口强化纯粹是由于三向应力约束了材料塑性变形所致，材料本身的δs值并未发生变化，我们不能把缺口强化看做是强化材料的一种手段。 7、试比较布氏硬度与维氏硬度试验原理的异同？ 答：维氏硬度的试验原理与布氏硬度基本相似，都是根据压痕单位面积所承受的载荷来计算硬度值的。所不同的是维氏硬度试验所用的压头是两相对面夹角α为136°的金刚石四棱锥体，而布氏硬度的压头是直径为D的淬火钢球或硬质合金钢球。 8、试说明低温脆性的物理本质？ 答：低温脆性的物理本质：当实验温度t 材料性能学 第一章材料单向静拉伸的力学性能 一、名词解释。 1.工程应力:载荷除以试件的原始截面积即得工程应力σ，σ=F／A0。 2.工程应变：伸长量除以原始标距长度即得工程应变ε，ε=Δl／l0。 3.弹性模数：产生100％弹性变形所需的应力。 4.比弹性模数（比模数、比刚度）：指材料的弹性模数与其单位体积质量的比值。（一般适用于航空业） 5.比例极限σp：保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力，即在拉伸应力—应变曲线上开始偏离直线时的应力值。 6.弹性极限σe：弹性变形过渡到弹-塑性变形（屈服变形）时的应力。 7.规定非比例伸长应力σp：即试验时非比例伸长达到原始标距长度(L0)规定的百分比时的应力。 8.弹性比功(弹性比能或应变比能) a e: 弹性变形过程中吸收变形功的能力，一般用材料弹性变形达到弹性极限时单位体积吸收的弹性变形功来表示。 9.滞弹性：是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。 10.粘弹性：是指材料在外力作用下，弹性和粘性两种变形机理同时存在的力学行为。 11.伪弹性：是指在一定的温度条件下，当应力达到一定水平后，金属或合金将产生应力诱发马氏体相变，伴随应力诱发相变产生大幅的弹性变形的现象。 12.包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形（1-4%），然后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 13.内耗：弹性滞后使加载时材料吸收的弹性变形能大于卸载时所释放的弹性变形能，即部分能量被材料吸收。（弹性滞后环的面积） 14.滑移：金属材料在切应力作用下,正应力在某面上的切应力达到临界切应力产生的塑变,即沿一定的晶面和晶向进行的切变。 15.孪生：晶体受切应力作用后,沿一定的晶面(孪生面)和晶向(孪生方向)在一个区域内连续性的顺序切变,使晶体仿佛产生扭折现象。 16.塑性：是指材料断裂前产生塑性变形的能力。 17.超塑性：在一定条件下，呈现非常大的伸长率(约1000％)，而不发生缩颈和断裂的现象。 18.韧性断裂：材料断裂前及断裂过程中产生明显的塑性变形的断裂过程。 19.脆性断裂：材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性变形，没有明显预兆，往往表现为突然发生的快速断裂过程。 20.剪切断裂：材料在切应力的作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂。 21.解理断裂：在正应力的作用下，由于原子间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂。 22.韧性：是材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 23.银纹：聚合物材料在张应力作用下表面或内部出现的垂直于应力方向的裂隙。当光线照射到裂隙面的入射角超过临界角时，裂隙因全反射而呈银色。 24.河流花样：在电子显微镜中解理台阶呈现出形似地球上的河流状形貌，故名河流状花样。 25.解理台阶：解理断裂断口形貌中不同高度的解理面之间存在台阶称为解理台阶。 26.韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断口。 27.理论断裂强度：在外加正应力作用下，将晶体中的两个原子面沿着垂直于外力方向拉断所需的应力称为理论断裂强度。 28.真实断裂强度：用单向静拉伸时的实际断裂拉伸力Fk除以试样最终断裂截面积Ak所得应力值。 29.静力韧度：通常将静拉伸的σ——ε曲线下所包围的面积减去试样断裂前吸收的弹性能。 二、填空题。 1. 整个拉伸过程的变形可分为弹性变形，屈服变形，均匀塑性变形，不均匀集中塑性变形四个阶段。 2. 材料产生弹性变形的本质是由于构成材料原子（离子）或分子自平衡位置产生可逆位移的反应。 3. 在工程中弹性模数是表征材料对弹性变形的抗力，即材料的刚度，其值越大，则在相同应力下产生的弹性变形就越小。 笔试科目对应的考试专业 试题编号： 001 机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计 试题编号： 002 固体物理化学、材料科学概论、金属材料及热处理、材料性能学、材料现代分析方法 试题编号： 003 数字电子技术、自动控制理论、电力电子技术、电机学、单片机原理试题编号： 004 信号与系统、模拟电子线路、微机原理、数字信号处理、电路分析基础 试题编号： 005 模拟电子技术、电路、C语言程序设计、微机原理与接口技术、计算机文化基础 试题编号： 006 软件工程、数据库原理、离散数学、面向对象程序设计、编译原理试题编号： 007 公共建筑技术原理、城市规划原理、室内空间设计方法、中国古代建筑装饰、建筑节能 试题编号： 008. 混泥土结构基本原理、结构基本原理、土木工程施工、建筑结构抗震土力学 土力学、水利工程测量、水利工程概论、 试题编号： 010 有机合成化学、物理化学、化工原理、综合化学实验、无机化学 试题编号： 011 矿业基础 试题编号： 012 地质基础 试题编号： 013 环境监测、环境工程微生物学、建筑给水排水工程、给水排水管道工程、水处理工程 试题编号： 014 供热工程、暖通空调 试题编号： 015 财政学、市场营销学、金融学、组织行为学、人力资源管理 试题编号： 016 教育学、体育心理学、体育概论、体育保健学、运动生理学 试题编号： 017 中国美术史、构成基础、装饰基础、解剖、透视原理、艺术概论、外国美术史 试题编号： 018 理论力学、材料力学、线性代数、生理学 量子力学、电路分析基础、电动力学、光电技术、原子物理 绪论 1、简答题 什么是材料的性能？包括哪些方面？ 解：材料的性能是指材料在给定外界条件下所表现出的可定量测量的行为表现。包括○1力学性能（拉、压、、扭、弯、硬、磨、韧、疲）○2物理性能（热、光、电、磁）○3化学性能（老化、腐蚀）。 第一章单向静载下力学性能 1、名词解释： 解： 弹性变形：材料受载后产生变形，卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质。 塑性变形：微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。 弹性极限：弹性变形过度到弹-塑性变形(屈服变形)时的应力。 弹性比功：弹性变形过程中吸收变形功的能力。 包申格效应：材料预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应力降低的现象。 弹性模量：工程上被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗力。实质是产生100%弹性变形所需的应力。 滞弹性：快速加载或卸载后，材料随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。 内耗：加载时材料吸收的变形功大于卸载是材料释放的变形功，即有部分变形功倍材料吸收，这部分被吸收的功称为材料的内耗。 韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 超塑性：在一定条件下，呈现非常大的伸长率（约1000%）而不发生缩颈和断裂的现象。 韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断口。 2、简答 1) 材料的弹性模量有那些影响因素？为什么说它是结构不敏感指标？ 解：○1键合方式和原子结构，共价键、金属键、离子键E高，分子键E低原子半径大，E 小，反之亦然。○2晶体结构，单晶材料在弹性模量在不同取向上呈各向异性，沿密排面E大，多晶材料为各晶粒的统计平均值；非晶材料各向E同性。○3化学成分，○4微观组织○5温度，温度升高，E下降○6加载条件、负载时间。对金属、陶瓷类材料的E 没有影响。高聚物的E随负载时间延长而降低，发生松弛。 2) 金属材料应变硬化的概念和实际意义。 解：材料进入塑性变形阶段后，随着变形量增大，形变应力不断提高的现象称为应变硬化。 意义○1加工方面，是金属进行均匀的塑性变形，保证冷变形工艺的顺利实施。○2应用方面，是金属机件具有一定的抗偶然过载能力，保证机件使用安全。○3对不能进行热 第一套 一、名词解释（每题4分，共12分） 低温脆性疲劳条带韧性 二、填空题(每空1分，共30分) 1、按照两接触面运动方式的不同，可以将摩擦分为和，按照摩擦表面的接触状态分为摩擦、摩擦、摩擦、摩擦、其中摩擦通常严禁出现。 2、材料的韧性温度储备通常用符号表示，取值在温度范围，对于相同的材料而言，韧性温度储备越大，材料的工作温度就越（高、低），材料就越（安全，不安全）。对于承受冲击载荷作用的重要机件，韧性温度储备取（上限，下限）。 3、材料的缺口越深、越尖锐，材料的缺口敏感性就越（大、小），材料的缺口敏感度就越（大、小），材料的对缺口就越（敏感、不敏感）。 低碳钢的拉伸断口由、、三个区域组成，该宏观断口通常被称为状断口。 5、按照应力高低和断裂寿命对疲劳分类，则N>105,称为周疲劳，又称为疲劳；N为102～105，称为周疲劳，又称为疲劳。我们通常所称的疲劳指疲劳。 6、温度升高使铁磁性的饱和磁化强度，使剩余磁感应强度，使矫顽力。 7、根据材料被磁化后对磁场所产生的影响，可将材料分为、、 3类。 三、问答题（共20分） 1、衡量弹性的高低用什么指标，为什么提高材料的弹性极限能够改善弹性。 2、某种断裂的微观断口上观察到河流装花样，能否认定该断裂一定属于脆性断裂，为什么？如何根据河流状花样寻找裂纹的源头。（4分） 3、说明K I 和K IC 的异同。对比K IC 和K C 的区别，说明K I 和K IC 中的I的含义。 4、简述影响金属导电性的因素。（6分） 四、分析题（共30分） 1、比较布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度测试原理及压痕特征。并在以上方法中 选择适合测量下列材料硬度的方法和标尺：渗碳层的硬度分布，淬火钢，灰口铸铁，氮化层的硬度，高速钢刀具，退火的20钢。（12分） 2、什么是金属材料的塑性？对于下列材材料的塑性： (1)40CrNiMo调质钢试样，(2)20Cr渗碳淬火钢试样，(3)W18Cr4v钢淬火回火试样，(4)灰铸铁试样，分别选用哪种试险机（液压万能材料试验机、扭转试验机），采用何种试验方法测量。 3、奥氏体不锈钢从1000℃急冷淬火是顺磁性的，但缓冷则表现出铁磁性，试解释之。（8分） 五、证明题（共8分） 一入射光以较小的入射角内i和折射角r穿过一透明玻璃板。证明透过后的光强系数为（1-R）2。设玻璃对光的衰减不变。 第二套 一、名词解释（每题3分，共12分） 缺口强化 50%FATT 破损安全应力疲劳 二、填空题(每空1分，共28分) 1.材料的摩擦形式主要分为、。环块摩擦磨损实验测量条件下的磨损；M-2000型为磨损实验机，可以测量、等多种摩擦形式下的磨损。滑动轴承的磨损形式以居多。 2.低碳钢拉伸曲线上反映出其变形由、、和几个部分组成，断后断口呈现出断口特征，具有、和三个区域，属于断裂。 3.缺口静弯曲实验得到的曲线包围的面结分为三个部分，分别代表三种能量Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。若只有Ⅰ而没有Ⅱ、Ⅲ，则对缺口，若只有Ⅰ、Ⅱ，表明对缺口哪；Ⅲ越大，则对缺口越。 4.根据材料被磁化后对磁场产生的影响，可以把材料分为3类：、、。 5.超导电性的3个重要性能指标为、、。 三、简答题（共25分） 1.简述韧性断裂的微观过程及韧性断口的微观形貌特征。（4分） 第一章 1、 力—伸长曲线和应力—应变曲线，真应力—真应变曲线 在整个拉伸过程中的变形可分为弹性变形、屈服变形、均匀塑性变形及不均匀集中塑性变形4个阶段 将力—伸长曲线的纵，横坐标分别用拉伸试样的标距处的原始截面积Ao 和原始标距长度Lo 相除，则得到与力—伸长曲线形状相似的应力（σ=F/Ao ）—应变（ε=ΔL/Lo ）曲线 比例极限σp ， 弹性极限σe ， 屈服点σs ， 抗拉强度σb 如果以瞬时截面积A 除其相应的拉伸力F ，则可得到瞬时的真应力S （S ＝F/A)。同样，当拉伸力F 有一增量dF 时，试样瞬时长度L 的基础上变为L ＋dL ，于是应变的微分增量应是de ＝dL / L ，则试棒自L 0伸长至L 后，总的应变量为： 式中的e 为真应变。于是，工程应变和真应变之间的关系为 2、 弹性模数 在应力应变关系的意义上，当应变为一个单位时，弹性模数在数值上等于弹性应力，即弹性模数是产生100%弹性变形所需的应力。在工程中弹性模数是表征材料对弹性变形的抗力，即材料的刚度，其值越大，则在相同应力下产生的弹性变形就越小。 比弹性模数是指材料的弹性模数与其单位体积质量（密度）的比值，也称为比模数或比刚度 3、 影响弹性模数的因素①键合方式和原子结构（不大）②晶体结构（较大）③ 化学成分 （间隙大于固溶）④微观组织（不大）⑤温度（很大）⑥加载条件和负荷持续时间（不大） 4、 比例极限和弹性极限 比例极限σp 是保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力，即在拉伸应力－应变曲线上开始偏离直线时的应力值。 弹性极限σe 试样加载后再卸载，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力值 5、 弹性比功又称为弹性比能或应变比能，用a e 表示，是材料在弹性变形过程中吸收变形功 的能力。一般可用材料弹性变形达到弹性极限时单位体积吸收的弹性变形功表示。 6、 根据材料在弹性变形过程中应力和应变的响应特点，弹性可以分为理想弹性（完全弹 性）和非理想弹性（弹性不完整性）两类。 对于理想弹性材料，在外载荷作用下，应力和应变服从虎克定律σ＝M ε，并同时满足3个条件，即：应变对于应力的响应是线性的；应力和应变同相位；应变是应力的单值函数。 材料的非理想弹性行为大致可以分为滞弹性、粘弹性、伪弹性及包申格效应等类型。 00ln 0L L L dL de e L e L ===??)1ln(ln 0ε+==L L e 第一章 证明题 显然，真应力总是大于工程应力，真应变总是小于工程应变。 缩颈的条件： 产生缩颈的载荷为 影响材料弹性模数的因素： 1、键合方式和原子结构： a 、以共价健、离子键、金属键结合的材料有较高的弹性模量。 b 、以分子键结合的材料，弹性模量较低。 ()εσσσ+=?+==?== =10000000L L L L L A A A F A F S AL L A ()ε+====??1ln ln 00l l l dl de e l l e n e nde de A dA l dl de e nde A dA de e F n dA A F e de nKAe A dA Ke A de KAne dA Ke dF KAe F Ke S SA F n n n n n n ==+--===+=?+=+?=+====-000001()()n n n b n e b b b b n b b n b b b b n n b b e n K e Kn e e A A A A e A A Kn A Kn A S A F Kn Ke S b ??? ??===========---σσσ0000ln c、原子结构：a）非过渡金属（b）过渡族金属：原子半径较小，且d层电子引起较大的原子间结合力，弹性模数较高。且当d层电子等于6时，E有最大值 2、晶体结构： a、单晶体材料，由于在不同的方向上原子排列的密度不同，故呈各向异性。 b、多晶体材料，E为各晶粒的统计平均值，伪各向同性。 c、非晶态材料弹性模量各向同性。 3、化学成分：（引起原子间距或键合方式的变化） （1）纯金属主要取决于原子间的相互作用力。 （2）固溶体合金：主要取决于溶剂元素的性质和晶体结构，弹性模量变化不大 （3）两相合金：与第二相的性质、数量、尺寸及分布状态有关。 （4）高分子：填料对E影响很大。 4.微观组织： 金属：微观组织对弹性模量的影响较小晶粒大小对E无影响； 陶瓷：工程陶瓷弹性模数与相的种类、粒度、分布、比例、气孔率等有关。其中，气孔率的影响较大。 复合材料：增强相为颗粒状，弹性模数随增强相体积分数的增高而增大 5、温度：a、温度升高，原子振动加剧，体积膨胀，原子间距增大，结合力减弱，材料的弹性模量降低。如碳钢，每升高100℃，E值下降3~5%（软化） b、当温度变化引起材料的固态相变时，弹性模数显著变化。如碳钢的奥氏体、马氏体相变。 6、加载条件和负荷持续时间： a、加载方式（多向应力），加载速率和负荷持续时间对金属、陶瓷类材料的弹性模数几乎没有影响。陶瓷材料的压缩弹性模数高于拉伸弹性模数（与金属不同）。 b、高分子聚合物，随负荷时间的延长，E值逐渐下降（松弛）。 滞弹性：材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生附加弹性变形的性能。即应变与应力不同步（相位），应变滞后。 粘弹性：是指材料在外力作用下变形机理，既表现出粘性流体又表现出弹性固体两者的特性，弹性和粘性两种变形机理同时存在（时间效应）。特征：应变对应力的响应不是瞬时完成的，应变与应力的关系与时间有关，但卸载后，应变恢复，无残余变形。 伪弹性：是指在一定的温度条件下，当应力达到一定水平后，金属或合金将产生应力诱发马氏体相变,从而产生大幅度的弹性变形的现象。西工大——材料性能学期末考试总结
太原理工大学研究生复试参考书
材料性能学复习题
材料性能学期末考试历年真题及答案.doc
材料性能学重点(完整版)
材料性能学复习重点
相关主题
文本预览